多联机VRV和风冷热泵的比较

制冷时制冷剂流向 制热时制冷剂流向
室外机
电子膨胀阀
室内机 室内换热器
http://www.jzckt.com/ 四通换向阀
压
缩
储液器
机
室内换热器 室内换热器
室外换热器
图 1 多联机 VRV 空调系统示意图
多联机 VRV 空调系统的工作原理与普通蒸汽压缩式制冷系统相同，由压缩机、冷凝器、节流机构和 蒸发器组成。与普通蒸汽压缩式制冷装置不同的是，热泵型(包括热回收型)VRV 空调系统室内、室外侧换 热器都具有冷凝器和蒸发器的双重功能。
多联机 VRV 系统研究
王洪利 马一太 姜云涛 李敏霞
（天津大学热能研究所，天津 300072）
摘要：针对多联机 VRV 系统原理和特点，对其系统性能进行了分析。结果表明：采用高效涡旋压缩机、冷 （热）量直接由制冷剂输送和冷（热）量随负荷灵活调节，使得多联机 VRV 系统具有较高的 COP 和运行稳 定性；同时也指出，回油问题、配管长度的影响和大量制冷剂的使用，成为 VRV 系统推广应用首要解决的 关键难点。通过多联机 VRV 系统与传统风机盘管热泵空调系统初投资和运行费用对比分析，当建筑规模较 大时，传统风机盘管热泵空调系统的经济性要优越于多联机 VRV 系统。本文为多联机 VRV 系统的研究提供 依据。 关键词：多联机 VRV 涡旋压缩机 负荷 COP 制冷剂 经济性
耗的 2.5kW，分别是以水和空气作为传热介质所需能耗的 53.27%和 33.3%。采用制冷剂直接蒸发制冷，没
有按传统中央空调系统先把冷量传给水，再由冷水传给室内空气这一中间过程，减少了一个能量传递环节，
能耗/kWh
http://www.jzckt.com/ 从热量传递的网络图上看就是减少了一项传热热阻，因此也就减少了能量的损耗。 衡量多联机 VRV 空调系统与传统的风冷、水冷热泵空调系统性能，主要是从节能因素角度考虑[8,9]。 图 2 给出了 VRV 空调系统和风冷热泵冷热水空调系统全年能耗对比。
在设计建筑物空调系统时，主要是从冬、夏季空调室外设计参数出发进行负荷计算、方案设计和设备 选型，即以全年中气候条件最不利的情况为设计依据。但美国供热、制冷、空调工程师学会(ASHRAE) [10] 的最新统计数据表明，这种情况只占全年时间的 1％，见表 3。
表 3 全年空调负荷比例表, %
空调负荷（％）
3 多联机 VRV 空调系统缺点
多联机 VRV 空调系统除具有良好的特性，同时由于室外机采用多个压缩机,使其回油系统比较复杂； 多联机 VRV 系统冷媒管道安装要求高,管路较长,防漏及保温显得十分必要；系统内容积比较大，因此需要 充灌 R22 或 R410A 制冷剂量大，环境污染大；多数机型依赖进口，价格较贵。 3.1 多联机 VRV 系统回油问题
由多联机 VRV 空调系统室内、室外机的组成和工作特点，多联机 VRV 空调系统可分为单冷型、热泵
型和热回收型三种形式。由多联机 VRV 空调控制系统角度，可分为集中控制、独立式控制和集散式控制
三种形式。
2 多联机 VRV 空调系统优点
多联机 VRV 空调系统是由多台高效压缩机组成，并且有较高的 EER；冷（热）量直接由制冷剂输送， 减少换热环节；控制非常灵活，适合各种变负荷的场所。
1 多联机 VRV 系统原理及分类
多联机 VRV 空调系统是为适应空调机组集中化使用需求在分体式和多联式空调系统基础上发展起来 的一种新型制冷剂空调系统。其主导思想是“变频、一拖多和多拖多”，体现变频空调的节能理念[3,4]。在 多联机 VRV 空调系统中，一台室外机与一台室内机相连的系统称为单元 VRV 空调系统或变频空调器；一 台或多台室外机与多台室内机相连的系统称为多元 VRV 空调系统。图 1 给出了多联机 VRV 空调系统示意 图。
工作时间（％）
空调负荷（％）
工作时间（％）
100
1
50
45
75
42
25
12
空调系统在实际运行过程中，满负荷运行的时间很短，一般只占全年运行时间的 1％～3％，其余时间 都是在部分负荷下运行的，而其中又有 70％的运行时间是在 30％～70％这个部分负荷段之间。因此衡量
COP
一个空调产品节能性的好坏，其部分负荷的 COP 值是一个至关重要的因素，COP 值是以一年的空调系统 制冷制热容量总和与一年的总耗电量之比。
多联机 VRV 变频空调系统在部分负荷时的节能效果比较显著，能效比相对较高。当部分负荷率在 40 ％～60％之间时，制热工况的能效比(COP)最高可达到 4 左右。图 3 给出了当室内温度为 20℃，室外温度 为 4℃时，日本大金公司多联机 VRV 空调机组的性能系数(COP)与负荷率的关系曲线[11]。多联机 VRV 的 部分负荷 COP 值较高，最高可达 4.1，而一般风冷热泵冷热水机组的 COP 值满负荷时只有 3.0 以下，部分 负荷时会降低到 2.0 以下。
5
4
3
2
1
0 20 30 40 50 60 70 80 9源自文库 100 图 3 大金多联机 VRV 部分负荷运行特性（％）
由图 3 可以看出，当部分负荷率在 55％左右时，多联机 VRV 机组的性能系数 COP 最高。随着部分负
http://www.jzckt.com/ 荷率的升高，COP 逐渐下降。一般说来，不论是在冬季还是在夏季多联机 VRV 空调系统在部分负荷时的
性能都很好。 多联机 VRV 空调系统根据室内负荷的大小，在不同转速下连续运行，减少压缩机因频繁启停造成的
不可逆损失；无论在制冷还是在制热工况下，能效比 COP 随频率的降低而升高，一般情况下，当机组的 负荷率为 40％～80％时，其效率较高，制冷效率 COP 最高可达 4.27，制热效率 COP 高达 4.36，故系统的 季节能效比 SEER 相对于传统空调系统有很大的提高。采用压缩机低频启动，降低了启动电流，电器设备 将大大节能，同时避免了对其他用电设备和电网的冲击。
16000 14000 12000 10000
8000 6000 4000 2000
0
风 冷热泵 冷热水机组 空调 系统 VRV空调 系统
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
月份
图 2 VRV 空调系统和风冷热泵冷热水空调系统全年能耗对比
由图 2 知，VRV 空调系统与传统风冷热泵冷热水空调系统类似，各月能耗随时间的变化规律基本相同。 但 VRV 空调系统各月能耗均低于风冷热泵冷热水空调系统。夏季，VRV 空调系统的能耗约比风冷热泵空 调系统低 39％；冬季，约低 36％；全年平均约低 38％。 2.3 冷（热）量随负荷调节
http://www.jzckt.com/ RESEARCH ON SYSTEM OF MULTI-VRV AIR CONDITIONING Wang Hongli Ma Yitai Jiang Yuntao Li Minxia (Thermal Energy Research Institute of Tianjin University)
基金项目：国家自然科学基金（50676064） 作者简介：王洪利，（1976- ），男，在读博士研究生，E-mail: laotingwhl@163.com
多联机 VRV 技术于 90 年代初引入我国。VRV 系统因其设备少、布置灵活、节能、维护简单等特点， 成为目前办公楼、宾馆、医院及高级别墅等建筑中最为活跃的户式中央空调系统形式之一。本文对多联机 VRV 系统的优缺点进行了深入分析，并对其经济性给予了评价，为多联机系统的完善提供资料。
表 2 传热介质性能比较
种类 水 空气
制冷剂
利用热 显热 显热
蒸发潜热
输送冷量 20.1kJ/kg（△t=5℃） 10.1kJ/kg（△t=10℃）
206kJ/kg
输送 116kW 冷量耗能 4.7kW 7.4kW 2.5kW
由表 2 可知．同样输送 116kW 的热量，以制冷剂作为输送介质，所需的输送系统耗能仅为室内机所
0.7
绝热效率比（同上） 压缩室的部件数量比 重量比 加工精度 适用范围(输出功率kW)
2.2 冷（热）量直接由制冷剂输送
0.98 1 0.8
1～3 1～10
0.93 3 0.8 3
0.4～1
0.88
7
1.0 10～30 1～10
多联机 VRV 空调系统直接以制冷剂作为传热介质，传送的热量几乎是水的 10 倍、空气的 20 倍，而 且不需庞大的风管和水管系统，减少了输送耗能及冷媒输送中能量损失[6,7]。表 2 给出了三种传热介质性能 比较。
Abstract: Due to the principles and characteristics, the performances of multi-VRV air conditioning system was analyzed. The results show that the using of high efficient scroll compressor, energy transportation by refrigerants directness and energy flexible adjustment with load, are contributed to high COP and operation stability. On the other hand, the questions of oil return, influences of tubing length and employing lots of refrigerants, are made of the key difficulties of generalizing application of multi-VRV air conditioning system. Through the comparison analysis of investment and annual operating cost between multi-VRV air conditioning system and conventional fan coil heat pump and air conditioning system. As the building scale is bigger, the economical efficiency of the conventional fan coil heat pump and air conditioning system is better than the multi-VRV air conditioning system. This paper provides a thorough theoretical basis for researching on the multi-VRV air conditioning system. Keywords: multi-VRV air conditioning scroll compressor load COP refrigerant economical efficiency
2.1 采用高效涡旋压缩机
多联机 VRV 空调系统是由多台高效压缩机组成，并且有较高的 EER。数码涡旋空调系统采用的是涡 旋式制冷压缩机。涡旋式制冷压缩机结构简单，不需要设置吸、排气阀片，具有较高的容积效率，易损部
件较少，运行平稳，噪声低，而且允许吸入少量湿蒸汽，故特别适用于热泵式空调。相对于其他几种压缩
0 引言
多联机 VRV[1] (variable refrigerant volume)空调系统即可变制冷剂流量空调系统，由日本大金（DAIKIN） 公司于 1982 年开发推出，打破了传统的中央空调(水冷冷水机组+热水锅炉+空调末端)设计理念，在传统的 房间分体空调器由一台室外机连接一台室内机的一对一方式的基础上，研制出了一台室外机连接多台室内 机的供暖制冷系统，使设计、安装、运行及维护管理更为简单、方便，节能[2]。
机而言，涡旋式制冷压缩机的能效比(EER)较高[5]。表 1 给出了几种类型压缩机性能比较。从表中可以看出， 涡旋式压缩机的能效比较转子式和活塞式高，相对较节能。
表 1 几种类型封闭压缩机性能比较
参数
能效比（EER） 容积效率比（压比 4.6）
涡旋式 2.9 0.99
转子式 2.4～2.6
0.94
活塞式 2.2～2.6